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Prototypes, recherche, innovation

Une démarche collaborative

Dans le domaine de la recherche, la réalisation des expériences scientifiques requiert souvent de nouveaux instruments, plus perfectionnés, plus sensibles, plus puissants ou tout simplement adaptés à des conditions expérimentales particulières. Ces prototypes de laboratoire sont le fruit ...

Quarks : une combinaison à quatre

Par Ranjithsiji — Travail personnel CC BY-SA 4.0

Le légo des quarks

Contrairement au proton et au neutron, les quarks sont des particules élémentaires, c’est-à-dire des particules qui ne sont pas elles-mêmes constituées d'autres « briques ». L’électron est élémentaire aussi, comme ...

La foudre bat des records

CC BY SA André Karwath aka Aka

Les éclairs et la foudre sont parmi les phénomènes naturels les plus spectaculaires. On estime que chaque seconde l’atmosphère terrestre est traversée par une cinquantaine de ces décharges électriques. En effet, ...

Un moteur moléculaire à effet tunnel

Credit: Empa
Un moteur quantique
Comme d’autres moteurs moléculaires de cette échelle, le fonctionnement de ce nanomoteur conçu à l’Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), met en jeu la mécanique quantique. Mais l’originalité de ce nouveau moteur réside dans le fait que la cause-même ...

Photo-ionisation

A photo of the COLTRIMS reaction microscope built by Alexander Hartung as part of his doctoral research in the experiment hall of the Faculty of Physics. Credit: Alexander Hartung.

La quantité de mouvement de la lumière

Bien que de masse nulle, la lumière possède une quantité de mouvement ...

Vers de nouvelles technologies de chargeurs

Image Vedecom - DR

Des composants indispensables

De nombreux appareils électriques fonctionnant sur piles ont besoin d’être chargés régulièrement. On emploie donc des accumulateurs électrochimiques. Ces derniers sont rechargeables un très grand nombre de fois, contrairement aux piles. Téléphones ...

Un micro-accélérateur de particules

Vue du tunnel du LHC - Auteur : Maximilien Brice, CERN

Des ondes électromagnétiques pour accélérer les particules

Les physiciens de l’infiniment petit emploient des accélérateurs pour communiquer aux particules de très grandes vitesses afin de produire des collisions énergétiques. Au CERN par exemple, grâce à l’accélérateur LHC (le plus puissant du monde) qui fait 27 km de circonférence, les protons se percutent avec une vitesse égale à 99,999999 % de la vitesse de la lumière. En réalité, les protons sont pré-accélérés dans d’autres machines plus petites avant de pénétrer dans le LHC et subir leur accélération ultime. Par ailleurs, pour diverses applications, notamment médicales, des accélérateurs de particules plus modestes sont également nécessaires pour produire certains rayonnements employés en radiothérapie.

Les particules sont accélérées à l’aide de champs électromagnétiques, un peu comme des surfeurs avançant sur leurs vagues. L’énergie des particules augmente grâce aux ondes électromagnétiques qui leur en fournissent. Souvent, ce sont des microondes qui sont employées. Or, l’énergie du photon associé à l’onde est proportionnelle à la fréquence ou - ce qui revient au même - inversement proportionnelle à la longueur d’onde.

Ondes plus courtes, accélérateurs plus petits

L’idée que des chercheurs de l’université de Stanford aux Etats-Unis ont poursuivie consiste justement à accélérer des électrons avec des impulsions lasers infrarouges dont la longueur d’onde est de l’ordre de 1000 à 100 000 fois plus courte que les microondes. Cela signifie aussi des dimensions autant de fois plus petites. La taille d’un accélérateur comme le LHC devrait donc pouvoir être réduite à quelques dizaines de mètres, voire à moins d’un mètre. Pour le moment, les physiciens sont parvenus à accélérer des électrons à 1 keV (mille électronvolts) sur une distance de 25 micromètres. En effet, le « tube » de l’accélérateur a été dessiné sur une puce en silicium de 25 micromètres de long : il s’agit d’un sillon de 0,25 micromètre de large. C’est dans ce sillon que les électrons ont été accélérés à mille volts, grâce à 100 000 impulsions lasers par seconde traversant le sillon perpendiculairement. Afin que l’énergie des électrons atteigne 1 MeV soit 94% de la vitesse de la lumière, il faudrait mille tubes de ce type, soit une longueur de 25 mm. Compte tenu de l’exploit réalisé, les accélérateurs ultra-miniaturisés devraient voir le jour prochainement.

En savoir plus 
Sur l'utilisation des lasers pour accélérer les particules
https://home.cern/fr/news/news/physics/nobel-work-shines-light-particle-physics

Publié le 20/05/2020
 

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exploratheque
du premier stage au premier emploi


50 ans de Lune
Le 12 juillet 1969, l’homme posait le pied sur la Lune. Aujourd'hui, notre satellite est loin d’avoir livré tous ses secrets, mais d'ici à l’horizon 2025, une dizaine de missions relanceront la course.

© NASA, 1968

Apollo, conquête spatiale et apports scientifiques

"Un petit pas pour l'homme, mais un grand pas pour l'humanité", les mots de Neil Armstrong sont restés dans l'Histoire, comme l’empreinte de la chaussure de Buzz Aldrin restera sur la Lune pendant des milliers d’années.
L'exploration de la Lune fut l'objet d'un enjeu politique et technologique majeur du XXe siècle, mais le coût financier exorbitant (150 milliards de dollars pour le programme Apollo, l'équivalent du coût de l'ISS pour 5 agences spatiales sur 20 ans) aura raison de ces projets à la fin des années 70, et ce malgré d'importantes retombées scientifiques.
Les analyses des échantillons récoltés révélèrent en effet une étrange similarité entre la composition isotopique des roches lunaires et celles de notre planète, avec une quantité notable d'éléments réfractaires (à haute température de vaporisation) sur notre satellite. Ces analyses viennent étayer l'hypothèse de « l'impact géant », qui suppose la collision d'un planètoïde de la taille de Mars avec la Terre, aboutissant à la formation de la Lune par accrétion des débris il y a 4,5 milliards d'années.
Cependant, ces échantillons ne sont pas représentatifs de la totalité de la Lune, sur laquelle de nombreuses zones restent inexplorées.
 

La course reprend, les découvertes aussi

Or, ces données sur les ressources et l'exploitabilité de la Lune sont cruciales dans le contexte moderne. Depuis les années 1990, ce sont donc des sondes qui ont repris l'exploration.
Avec la détection de glace au fond des cratères polaires par la sonde américaine Lunar Reconnaissance Orbiter en 2009, la possibilité d'utiliser l'eau et l'oxygène lunaire pour ravitailler les futurs explorations spatiales, voire de fabriquer directement les ergols de propulsion (hydrogène et oxygène liquides) a fait son chemin dans l’esprit des scientifiques, pour qui la face cachée et les pôles sont les nouveaux horizons de l’exploration lunaire.
Ainsi, l'alunissage du rover chinois Chang'e-4 sur la face cachée, en janvier 2019 devrait permettre d’en savoir plus sur l’exploitabilité des ressources de la Lune. Le retour des échantillons est prévu en fin d'année.

La Lune, tremplin de l'exploration spatiale

Tandis que des sondes et des atterrisseurs partent pour Mars, la NASA prépare la capsule Orion et la mission Artemis, qui prévoit de placer un équipage en orbite lunaire dans les années 2020 et de retourner sur son sol en 2024.
En associant cette capsule habitable au projet de Lunar Orbital Platform – Gateway, sorte d'ISS orbitant autour de la Lune, les Américains ont pour ambition de créer une véritable usine déstinée à la fabrication d'engins spatiaux, en prospectant le sol lunaire. Elle fera aussi office de base arrière de secours pour toute future installation humaine permanente, comme l’ambitieux « Moon Village » de L’ESA, sur le pôle Sud lunaire. Ces missions sont aussi des test d’autonomie, afin de préparer les futurs grandes expéditions vers Mars, qui seront longues de plusieurs années et où les astronautes seront appelés à décider et à agir seuls.

Pour en savoir plus sur la Lune: Histoire, projets à venir, sciences

 

Représentation d'artiste de la station Gateway et du vaisseau Orion en approche.

Représentation d'artiste de la station Gateway et du vaisseau Orion en approche.

© NASA

Arthur Amiel
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